錢憶釗

摘要：異步電動機(jī)是各類電動機(jī)應(yīng)用范圍最為廣泛的一種。三相異步電動機(jī)節(jié)能技術(shù)也受到普遍關(guān)注。本文重述了三相異步電動機(jī)異步電動機(jī)工作特性及電動機(jī)節(jié)能的目的和意義，例舉了目前較為主流的異步電動機(jī)節(jié)能技術(shù)。最后本文從當(dāng)前該技術(shù)的研究動向?qū)υ摷夹g(shù)的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：三相異步電機(jī)；節(jié)能；變頻；輕載；降壓啟動

1.概述

交流異步電動機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡單、價低耐用、適用性好成為各類電動機(jī)中應(yīng)用范圍最為廣泛的一種。但其年耗電能約為全網(wǎng)電能的六成以上。因此，異步電動機(jī)的節(jié)能技術(shù)一直受到業(yè)界的廣泛關(guān)注。三相異步電動機(jī)電動機(jī)作為異步電動機(jī)的主要分支，盡管三相異步電機(jī)節(jié)能技術(shù)目前仍存在如，電機(jī)負(fù)載率低，“大馬拉小車”；電機(jī)相電壓不對稱，電壓偏低；負(fù)荷的調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)速的控制性不佳的缺陷，但電動機(jī)節(jié)能控制技術(shù)仍有著相當(dāng)大的價值。

三相異步電動機(jī)的是借助旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)所產(chǎn)生的感應(yīng)電流的相互作用，通過電磁轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)拖動。因其是有380V三相交流電源驅(qū)動，且其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速慢于旋轉(zhuǎn)磁場，故稱之三相異步電動機(jī)。但三相異步電動機(jī)工作能耗大，功率因數(shù)滯后，尤其是輕載時工作效率低。

2.三相異步電機(jī)節(jié)能技術(shù)分析

2.1輕載調(diào)壓節(jié)能

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，電機(jī)在滿載下其工作效率η約為0.8-0.9，但當(dāng)負(fù)荷下降，負(fù)載系數(shù)下降時，其效率和功率因素也隨之下降，如圖1所示。仔細(xì)分析三相異步電動機(jī)的節(jié)能原理，不難發(fā)現(xiàn)：電機(jī)的功效是指其輸出功效和輸入功效之比，其與電壓有著密切聯(lián)系。從電能損耗的角度來看，主要來自于定子和轉(zhuǎn)子鐵芯中產(chǎn)生的電流發(fā)生的損耗——鐵損，而非銅耗。因此，多數(shù)節(jié)能方法都是從在負(fù)荷下降時，通過適當(dāng)降低電源的電壓的方法以降低鐵損的思路來完成節(jié)能。負(fù)荷節(jié)能主要著眼點(diǎn)存在于輕載時如何降低電機(jī)的總能耗，減少 總的輸出功效以及在任何負(fù)載下如何找到輸出功效的最佳點(diǎn)。分析得知，當(dāng)電壓下降時，電流也隨之下降，鐵損降低的同時銅耗也隨之下降。電機(jī)選用時，設(shè)計(jì)者往往偏好容量偏大的電動機(jī)的，使得多數(shù)異步電動機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)位偏離額定值，或者電動機(jī)多數(shù)處于而空載和輕載運(yùn)行，重載運(yùn)行時間短，造成電機(jī)的效率和功率因數(shù)較低。此時通過降低輸入電機(jī)定子的電壓，減少來提高電機(jī)效率。電壓降低后，主磁通隨之成正比下降，定子電流中的勵磁分量也下降。此時選用△/Y接法進(jìn)行自動切換，即低、空載是選用降壓啟動——星形接法，正常運(yùn)行是選用△接法。如切換頻率較高時，可選用△/Y自動切換。在△轉(zhuǎn)Y接法后，相電壓降至原先的[13]，電動機(jī)的額定功率 則變?yōu)樵鹊娜种?。即?fù)載系數(shù)為分別為0.33（△接法）和1（Y接法），功率因數(shù)得到明顯提升。此法轉(zhuǎn)換簡單、耗能少，但囿于變值電壓的確定性，無法適合多種負(fù)載的需求，且存在著功率因數(shù)設(shè)定、電壓和電流有效值檢測困難、易受強(qiáng)電磁干擾，三相易不平衡等問題。

理想的節(jié)能方法應(yīng)該是系統(tǒng)根據(jù)負(fù)載的大小自動調(diào)整電源電壓，使電機(jī)在各種負(fù)載工況下都能以最佳效率和高功率因數(shù)狀態(tài)運(yùn)行。此時，只需要合理的測定電動機(jī)負(fù)載系數(shù)β，就可以使電機(jī)處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。負(fù)載系數(shù)β可以通過轉(zhuǎn)差率法測（測出運(yùn)行時的電壓U和轉(zhuǎn)速S就可以得到負(fù)載系數(shù)）、空載電流法（測出電機(jī)在額定電壓時的空載電流I0，運(yùn)行時的定子電壓U1和電流I1）、功率法（測出額定效率ηn，定子電壓U1，電流I1和功率因數(shù)cosψ1）。研究表明，借助固化在微處理器上可編程軟件，通過控制可控硅的導(dǎo)通角，對電機(jī)負(fù)載實(shí)時檢測、跟蹤，瞬時完成工作電壓與電流匹配，降低銅、鐵的損耗，自動調(diào)壓節(jié)能，并能完成電機(jī)的軟起動，過載、短路、缺相保護(hù)功能完備，運(yùn)用前景廣泛。

2.2變頻調(diào)速節(jié)能

變頻調(diào)速是電機(jī)節(jié)能的主要發(fā)展方向，其功率因數(shù)很高，無功損耗少，節(jié)能效果顯著且具有良好的適用性和極高的安全可靠性。變頻器的矢量控制形態(tài)使異步電動獲得與直流電動機(jī)相似的調(diào)速控制性和良好的硬機(jī)械特性。通過由整流器、平波電抗器或?yàn)V波電容器、逆變器及控制電路組成的變頻器將AC——DC——AC輸入到電機(jī)。根據(jù)n=60f（1-s）/p（式中n、f、s、p 分別表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)差率、電機(jī)磁極對數(shù)），通過改變電動機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。電機(jī)在非滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，多余的力矩會消耗有功功率，造成浪費(fèi)，此時只要通過變頻器降低電機(jī)的運(yùn)行速度，便能在恒壓實(shí)現(xiàn)節(jié)電。從P2/P1=（N2/N1）3（當(dāng)變速前的電機(jī)轉(zhuǎn)速和功率分別用N1，N2和P1，P2表示）可見降低電機(jī)轉(zhuǎn)速可得到立方級的節(jié)能效果。此外在保證輸出力矩的情況下，變頻器能自動調(diào)節(jié)V/F曲線，減少輸入電流，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。達(dá)到節(jié)能狀態(tài)。變頻器自帶的軟啟動功能還能減少啟動電流對電網(wǎng)的沖擊，降低了啟動慣性對設(shè)備的慣性沖擊節(jié)能的同時也延長了設(shè)備的使用壽命。變頻調(diào)速設(shè)備復(fù)雜，投入大是限制變頻調(diào)速系統(tǒng)不能大規(guī)模推廣的的最大障礙。

4結(jié)束語

綜上，三相異步電動機(jī)因其在現(xiàn)代生產(chǎn)制造領(lǐng)域的廣泛運(yùn)用，其節(jié)能技術(shù)對促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長和節(jié)能減排有著重要意義。當(dāng)前降壓節(jié)能技術(shù)、變頻器節(jié)能技術(shù)、智能節(jié)電器技術(shù)相對成熟，展望未來的三相異步電動機(jī)電動機(jī)節(jié)能技術(shù)還是要從負(fù)荷節(jié)能上做文章。還需要技術(shù) 人員不斷探索，開發(fā)出更好的三相異步電動機(jī)節(jié)能技術(shù)為經(jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]袁天祥.電動機(jī)及其系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社.1991.

[2]鐘偉強(qiáng).變頻調(diào)速電機(jī)節(jié)能分析.研究與探討.2010.